Verfahren zum Auskleiden von Innenflächen rohrförmiger Gebilde
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer thermoplastischen Auskleidung auf die Innenfläche von allgemein rohrförmigen Gebilden, wie Rohren, Schläuchen, Leitungen und dergleichen.
Zur Aufbringung von Auskleidungen auf die Innenwände von Metallrohren, Fässern usw. sind schon zahlreiche Verfahren angewandt worden. Im allgemeinen erfolgte bei vielen dieser Verfahren ein Eintauchen in Polymerlösungen oder das Aufspritzen heisser Schmelzen. Man erreicht dabei haftende Auskleidungen von Harzen, wie Polyäthylen, wenn die Oberfläche des Metalls richtig vorbereitet worden ist.
Diese Verfahren sind aber mühselig oder verhältnismässig unwirksam. Spritzverfahren z. B. eignen sich nicht gut zum Auskleiden der Innenfläche langgezogener Gegenstände, wie Rohre. Zur Auskleidung von Metallrohren mit thermoplastischen Stoffen sind vor kurzem andere Verfahren entwickelt worden. So wird nach der britischen Patentschrift Nr. 778034 eine Polyäthylenfolie in Schlauchform in ein Metallrohr eingefügt und innerhalb des plastischen Schlauches ein Gasdruck ausgeübt, während das Ganze von aussen erhitzt wird, worauf man kühlt, um das ausgekleidete Metallrohr zu erhalten. Auch Verfahren zur Aufbringung elastischer Auskleidungen auf das Innere gewebter Schläuche mittels aufgeblasener Einlageteile sind beschrieben worden (USA-Patentschrift Nr. 2803056).
Wie jedoch in der USA-Patentschrift Nr. 2695255 festgestellt wird, treten bei Verfahren, die von der Ausdehnung einer thermoplastischen Auskleidung in einem Metallrohr abhängen, leicht Lufteinschlüsse auf, wenn nicht besondere Vorsichtsmassnahmen getroffen werden.
Die Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen thermoplastischer Auskleidungen auf die Innenfläche von allgemein rohrförmigen Gebilden, wie Leitungen, Rohren, Behälterwänden usw.
Hierzu wird erfindungsgemäss ein Gas in eine Blase aus geschmolzenem thermoplastischem Material eingeblasen, während dieses Material von einer Strangpresse ausgepresst wird, wobei die Blase innerhalb des auszukleidenden Gebildes liegt, und dieses Gebilde, während es den ausgepressten aufgeblasenen Spritzling von der Strangpresse aufnimmt, in der Fliessrichtung des Spritzgutes bewegt wird.
Die rohrförmigen Gebilde, die in der erfindungsgemässen Weise ausgekleidet werden können, sind nicht auf solche mit rundem Querschnitt beschränkt, sondern umfassen allgemein rohrförmige Gebilde beliebiger, z. B. rechteckiger, elliptischer Querschnittsform usw.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Innenflächen solcher rohrförmiger Gebilde mit dem thermoplastischen Material ausgekleidet, indem man das thermoplastische Material durch ein langgestrecktes Rohr zu einer Ringdüse führt, wobei das vordere Ende des auszukleidenden Gebildes anfänglich ausserhalb der Ringdüse liegt, das thermoplastische Material durch die Ringdüse ausgepresst, in den so gebildeten Schlauch das Gas einbläst und den entstehenden Schlauch unter Bildung einer Blase verschliesst, das Gebilde in der Strömungsrichtung des thermoplastischen Materials und über die Blase in einer zur Ringdüse horizontalen Lage bewegt, die Bewegung des Gebildes in der gleichen Richtung und das Einblasen von Gas fortsetzt, wodurch das thermoplastische Material an die auszukleidende Innenfläche angedrückt wird,
die Bewegung des - Gebildes während der Anpressung des thermoplastischen Materials an die Innenfläche weiter fortsetzt, bis die Auskleidung beendet ist und das Gebilde sich über die Düse hinweg vor diese bewegt hat, und danach den Spritzling zwischen der Düse und dem ausgekleideten Gebilde trennt, wobei die Temperatur des Spritzlings bis zu seiner Berührung mit der Innenfläche oberhalb seines Schmelzpunktes gehalten, jedoch unter seinen Schmelzpunkt gesenkt wird, während er an die Innenfläche angedrückt wird.
Zweckmässig werden die Düsengrösse und die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des mit der Auskleidung zu versehenen Gebildes so gewählt, dass ein geschmolzener Film erzeugt wird, der in Berührung mit der Innenfläche eine Dicke von 0,025 bis 0,508 mm hat. Wenn gewünscht, kann man jedoch auch mit derart grossen Dicken wie 2,5 mm arbeiten.
Zur Erzeugung der entsprechenden Bewegung des Gebildes kann man mit einer beliebigen mechanischen Vorrichtung, z. B. in geeigneter Weise angeordneten und angetriebenen Quetschwalzen, arbeiten.
Wenn eine Metallfläche auszukleiden ist, werden besonders günstige Ergebnisse erzielt, indem man das Gebilde auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der thermoplastischen Auskleidung, jedoch unterhalb seiner Zersetzungstemperatur vorwärmt.
Die Auskleidung erstarrt, während sie durch den Druck des eingeblasenen Gases gegen die Fläche gepresst wird. Wenn gewünscht, kann diese Erstarrung dadurch beschleunigt werden, dass man das Gebilde während der Aufbringung der Auskleidung abschreckt, z. B. auf seine Aussenfläche einen Kühlmittelstrom einwirken lässt.
Das auszukleidende Gebilde besteht zwar bei vielen der wichtigsten Anwendungen aus Stahl, kann aber auch aus jedem beliebigen anderen Material wie anderen Metallen (Kupfer, Aluminium, Messing usw.), einem faserartigen oder nichtfaserartigen Zellulosematerial (Pappe, Vulkanfiber, Cellophan usw.), einem Superpolyamid, Polyamid usw., oder einem verhältnismässig hochschmelzenden oder nichtschmelzenden Kunstharz, wie isotaktischen Polymeren, insbesondere Polypropylen, oder Acrylharzen, hochdichtem Polyäthylen (Dichte 0,95 und höher), peroxydgehärtetem oder strahlungsgehärtetem Poly äthylen und anderen gehärteten Polyolefinen, bestehen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine geeignete Anordnung unmittelbar nach Beginn der erfindungsgemässen Behandlung. Dabei ist ein Stahlrohr 11 verschiebbar über dem langgestreckten Rohr 5 angeordnet, welches das thermoplastische Material in seinem Inneren 8 einschliesst. Das Rohr 11 liegt koaxial zu dem Rohr 5. Das thermoplastische Material wird unter der Wirkung der Strangpresse 1 durch das Rohrinnere 8 und von dort durch die Ringdüse 7 ausgepresst. Ein Manometer 2 dient zur Messung des Strangpressdruckes und ein Thermoelement 3 zur Messung der Temperatur. Die in geeigneten Intervallen längs des -Rohres 5 angeordneten Abstands- stücke ohalten das Rohr 5 im Abstand von dem Rohr 11. Der Spritzling 13 tritt aus der Ringdüse in Form eines Schlauches aus, der durch Zusammenquetschen verschlossen wird.
Druckluft wird durch eine Leitung 4 eingeführt, die längs des langgestreckten Rohres 5 angeordnet ist und sich zu einer mit der Blase in Verbindung stehenden Bohrung in dem Drehkreuz 12 erstreckt, mit dem die Düsengrösse eingestellt werden kann.
Die Fig. 2 zeigt die relative Lage des Spritzlings 13 zum Rohr 11 in der nächsten Stufe des Verfahrens. Das Rohr 11 liegt hier durch Bewegung in der Richtung des Spritzgutflusses über der Ringdüse 7.
Der Spritzling 13 wird von der eingeblasenen Luft gegen die Innenwandung des Rohres 11 gepresst. Die Dicke der Auskleidung wird von der Grösse der Ringdüsenöffnung und der Geschwindigkeit bestimmt, mit der das ausgekleidete Rohr abgezogen wird, dessen Bewegung den Spritzling von der Strangpresse wegzuziehen sucht. Das Rohr 11 wird durch nichteingezeichnete Mittel in der Richtung des Spritzgutflusses bewegt.
Fig. 3 zeigt die Lage des Rohres 11 und des Spritzlings 1 3 in bezug auf das langgestreckte Rohr 5 nach Beendigung des Auskleidevorganges, unmittelbar vor der Abtrennung des Spritzlings zwischen der Düse und dem ausgekleideten Rohr, wobei das Rohr vor der Düse liegt. In bevorzugter Weise wird der Spritzling 13 an der Vorderseite der Düse abgequetscht, um die Bildung einer Blase zur Vorbereitung der Wiederholung des Verfahrens in einem folgenden Arbeitszyklus zu ermöglichen. Dies geschieht, wenn das Rohr sich vor die Düse bewegt hat (wie in Fig. 3). Das ausgekleidete Rohr wird von den Stützen 9 aufgenommen, wobei geeignete Kabel und Klammern dazu verwendet werden, um die notwendige Bewegung des Rohres 11 zu erleichtern.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Ein zylindrisches Papprohr mit einem Innendurchmesser von 7,6 cm wird über eine Spritzdüse mit Lufteinblasleitung nach Fig. 1 geschoben. Durch die Düse wird Polyäthylen verspritzt. Der gespritzte Schlauch wird zur Bildung einer Blase abgequetscht, die durch Einblasen von Luft so ausgedehnt wird, dass sie die Innenfläche des Papprohres berührt. Das Papprohr wird mit einer Geschwindigkeit von 2,90 m je Minute vorwärtsbewegt. Der geschmolzene Film erstarrt nach Berührung mit der Pappfläche unter Bildung einer Auskleidung in dem Papprohr.
Beispiel 2
Ein Polymethylmethacrylatrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 5,1 cm wird nach der Methode von Beispiel 1 mit Polyhexamethylenadipamid ausgekleidet. Dabei beträgt die Temperatur des Gutes 2320 C, der Spritzdruck 281 at, die Abzugsgeschwin digkeit 4,27 m je Minute und der Spritzgutausstoss 0,36 kg je Minute. Anstelle von Luft verwendet man als Aufblähgas Stickstoff von 0,28 at. Man erhält dabei gute Auskleidungen.
Beispiel 3
Ein Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 7,6 cm, das auf 2600 C vorerhitzt ist, wird über ein langgestrecktes Rohr mit Düse nach Fig. 1 gescho ben ; wie in der Figur gezeigt, wird eine Blase aus Polyäthylen (Schmelzpunkt etwa 1100 C) bei einer Guttemperatur von 1570 C erzeugt. Der Spritzdruck beträgt 211 at und die Abzugsgeschwindigkeit 4,72 m je Minute, d. h. dass das Rohr mit dieser Geschwindigkeit vorwärtsbewegt wird, wobei der Ausstoss an Polyäthylen 0,204 kg je Minute und der Luftdruck 0,35 at beträgt. Eine Pyrometermessung der Oberfläche des Stahlrohres zeigt, dass die Temperatur beim Auftrag der Auskleidung 232 bis 2600 C beträgt.
Der Aussenseite des Rohres wird nach der Aufbringung der Auskleidung zur Abschreckung Leitungswasser zugeführt. Nach beendeter Aufbringung der Auskleidung wird der Polyäthylenschlauch abgetrennt und abgequetscht. Das ausgekleidete Rohr wird zerschnitten, um die Adhäsion der Auskleidung zu prüfen. Die Auskleidung lässt sich nicht von dem Rohr abziehen.
Beispiel 4
Das Beispiel 3 wird unter Verwendung von Poly äthylen wiederholt, das 2,5 Gew. % Titandioxydfüllstoff enthält. Die entstehende Auskleidung hat eine weisse, opake und porzellanartige Beschaffenheit. Sie kann von der Innenwand des Rohres nicht abgezogen werden.
Die vorstehenden Beispiele dienen nur der Erläuterung, und im Rahmen der Erfindung sind dem Fachmann zahlreiche weitere Ausführungsformen möglich. Wenn gewünscht, kann man anstelle von Titandioxyd Kohlenstoff, kolloidales Siliziumdioxyd oder andere geeignete Füllstoffe verwenden. Besonders wertvolle Ergebnisse erhält man, wenn als Auskleidung pigmentierte Harze, insbesondere pigmentierte hochmolekulare Polyäthylenharze verwendet werden. Für Polyolefinharze in Form dünner Auskleidungen sind keine Zusatzmittel erforderlich, um eine gute Haftung zu erzielen, aber wenn dickere Auskleidungen gewünscht werden, sind Zusatzmittel wie Fumarsäure (USA-Patentschrift Nr. 2838437) sehr wirksam.
Bei besonderen Ausführungsformen können Grundiermittel, einschliesslich solcher aus Polyisocyanaten, oder andere Haftanstriche zur Erzielung einer hohen Bindungsfestigkeit zwischen Harz und Metallflächen verwendet werden. Wenn gewünscht, können nach der Aufbringung geeignete Verfahren zur Vernetzung von Auskleidungen, z. B. mittels sehr schneller Elektronen, organischer Peroxyde und dergleichen in der bekannten Weise angewandt werden.
Process for lining the inner surfaces of tubular structures
The invention relates to a method of applying a thermoplastic lining to the inner surface of generally tubular structures such as pipes, hoses, conduits and the like.
Numerous methods have been used to apply linings to the interior walls of metal pipes, drums, etc. Generally, many of these processes involve immersion in polymer solutions or the spraying of hot melts. Adhesive linings of resins such as polyethylene can be achieved if the surface of the metal has been properly prepared.
However, these procedures are cumbersome or relatively ineffective. Spray process z. B. are not well suited for lining the inner surface of elongated objects such as pipes. Other methods have recently been developed for lining metal pipes with thermoplastics. Thus, according to British patent specification No. 778034, a polyethylene film in the form of a hose is inserted into a metal pipe and a gas pressure is exerted inside the plastic hose, while the whole is heated from the outside, whereupon it is cooled to obtain the lined metal pipe. Methods for applying elastic linings to the interior of woven hoses by means of inflated inserts have also been described (U.S. Patent No. 2803056).
However, as noted in U.S. Patent No. 2695255, processes that depend on the expansion of a thermoplastic liner in a metal pipe are prone to entrapping air unless special precautions are taken.
The invention provides an improved method of applying thermoplastic linings to the interior surface of generally tubular structures such as conduits, pipes, container walls, etc.
For this purpose, according to the invention, a gas is blown into a bladder made of molten thermoplastic material while this material is being pressed out by an extruder, the bladder lying within the structure to be lined, and this structure in the direction of flow while it is receiving the blown-out injection molded part from the extruder the spray material is moved.
The tubular structures that can be lined in the manner according to the invention are not limited to those with a round cross-section, but generally include tubular structures of any desired, e.g. B. rectangular, elliptical cross-sectional shape, etc.
In a preferred embodiment of the method, the inner surfaces of such tubular structures are lined with the thermoplastic material by guiding the thermoplastic material through an elongated tube to an annular nozzle, the front end of the structure to be lined initially lying outside the annular nozzle, the thermoplastic material through the The ring nozzle is pressed out, the gas is blown into the tube formed in this way and the resulting tube is closed to form a bubble, the structure is moved in the direction of flow of the thermoplastic material and over the bubble in a position horizontal to the ring nozzle, the movement of the structure in the same direction and continues the injection of gas, whereby the thermoplastic material is pressed against the inner surface to be lined,
the movement of the - structure continues while the thermoplastic material is pressed against the inner surface until the lining is finished and the structure has moved over the nozzle in front of it, and then separates the injection molding between the nozzle and the lined structure, the The temperature of the molded part is kept above its melting point until it touches the inner surface, but is lowered below its melting point while it is pressed against the inner surface.
The nozzle size and the speed of the forward movement of the structure to be provided with the lining are expediently chosen so that a molten film is produced which, in contact with the inner surface, has a thickness of 0.025 to 0.508 mm. If desired, however, you can work with thicknesses as large as 2.5 mm.
To generate the appropriate movement of the structure, any mechanical device, e.g. B. appropriately arranged and driven nip rollers work.
If a metal surface is to be lined, particularly favorable results are achieved by preheating the structure to a temperature above the melting point of the thermoplastic lining, but below its decomposition temperature.
The liner solidifies as it is pressed against the surface by the pressure of the injected gas. If desired, this solidification can be accelerated by quenching the structure during the application of the lining, e.g. B. allows a coolant flow to act on its outer surface.
Although the structure to be lined is made of steel in many of the most important applications, it can also be made of any other material such as other metals (copper, aluminum, brass, etc.), a fibrous or non-fibrous cellulose material (cardboard, vulcanized fiber, cellophane, etc.), a Superpolyamide, polyamide, etc., or a relatively high-melting or non-melting synthetic resin such as isotactic polymers, especially polypropylene, or acrylic resins, high-density polyethylene (density 0.95 and higher), peroxide-cured or radiation-cured polyethylene and other cured polyolefins exist.
The invention is further explained in the drawing using an exemplary embodiment.
Fig. 1 shows in cross section a suitable arrangement immediately after the start of the treatment according to the invention. A steel tube 11 is arranged displaceably over the elongated tube 5, which includes the thermoplastic material in its interior 8. The pipe 11 lies coaxially with the pipe 5. The thermoplastic material is pressed out under the action of the extruder 1 through the pipe interior 8 and from there through the annular nozzle 7. A manometer 2 is used to measure the extrusion pressure and a thermocouple 3 is used to measure the temperature. The spacers arranged at suitable intervals along the pipe 5 keep the pipe 5 at a distance from the pipe 11. The molding 13 emerges from the annular nozzle in the form of a hose which is closed by being squeezed together.
Compressed air is introduced through a line 4 which is arranged along the elongate tube 5 and extends to a bore in the turnstile 12 which is in communication with the bladder and with which the nozzle size can be adjusted.
FIG. 2 shows the position of the molded part 13 relative to the pipe 11 in the next stage of the process. The tube 11 lies here above the annular nozzle 7 by movement in the direction of the flow of the spray material.
The injection molded part 13 is pressed against the inner wall of the pipe 11 by the air blown in. The thickness of the liner is determined by the size of the annular die opening and the speed at which the lined pipe is drawn off, the movement of which seeks to pull the molding away from the extruder. The pipe 11 is moved by means not shown in the direction of the flow of spray material.
Fig. 3 shows the position of the pipe 11 and the molded part 1 3 in relation to the elongated pipe 5 after completion of the lining process, immediately before the separation of the molded part between the nozzle and the lined pipe, the pipe in front of the nozzle. Preferably, the molded part 13 is squeezed off at the front of the nozzle in order to enable the formation of a bubble in preparation for the repetition of the process in a subsequent work cycle. This happens when the pipe has moved in front of the nozzle (as in Fig. 3). The lined pipe is received by the supports 9 using suitable cables and clamps to facilitate the necessary movement of the pipe 11.
The following examples serve to further illustrate the invention.
example 1
A cylindrical cardboard tube with an inside diameter of 7.6 cm is pushed over a spray nozzle with an air injection line according to FIG. Polyethylene is sprayed through the nozzle. The sprayed tube is squeezed off to form a bubble, which is expanded by blowing air into contact with the inside surface of the cardboard tube. The cardboard tube is moved forward at a speed of 2.90 m per minute. The molten film solidifies upon contact with the cardboard surface to form a liner in the cardboard tube.
Example 2
A polymethyl methacrylate tube with an internal diameter of about 5.1 cm is lined with polyhexamethylene adipamide according to the method of Example 1. The temperature of the material is 2320 C, the injection pressure is 281 atm, the Abzuggeschwin speed 4.27 m per minute and the injection material output 0.36 kg per minute. Instead of air, nitrogen at 0.28 atm is used as the inflation gas. Good linings are obtained.
Example 3
A steel tube with an inner diameter of 7.6 cm, which is preheated to 2600 C, is ben scho over an elongated tube with a nozzle according to FIG. 1; As shown in the figure, a bubble made of polyethylene (melting point about 1100 C) is produced at a product temperature of 1570 C. The injection pressure is 211 at and the take-off speed 4.72 m per minute, d. H. that the pipe is moved forward at this speed, the output of polyethylene being 0.204 kg per minute and the air pressure being 0.35 atm. A pyrometer measurement of the surface of the steel pipe shows that the temperature when the lining is applied is 232 to 2600 C.
After the lining has been applied, tap water is fed to the outside of the pipe as a deterrent. After the lining has been applied, the polyethylene hose is cut off and squeezed off. The lined pipe is cut to test the adhesion of the liner. The liner does not pull away from the pipe.
Example 4
Example 3 is repeated using polyethylene containing 2.5% by weight of titanium dioxide filler. The resulting lining has a white, opaque and porcelain-like texture. It cannot be pulled off the inner wall of the pipe.
The above examples are only intended to illustrate, and numerous other embodiments are possible for the person skilled in the art within the scope of the invention. If desired, carbon, colloidal silicon dioxide or other suitable fillers can be used in place of titanium dioxide. Particularly valuable results are obtained if pigmented resins, in particular pigmented high molecular weight polyethylene resins, are used as the lining. Thin-lined polyolefin resins do not require additives to achieve good adhesion, but when thicker linings are desired, additives such as fumaric acid (U.S. Patent No. 2838437) are very effective.
In particular embodiments, primers, including those made from polyisocyanates, or other adhesive paints can be used to achieve high bond strength between resin and metal surfaces. If desired, suitable methods of crosslinking linings, e.g. B. by means of very fast electrons, organic peroxides and the like can be used in the known manner.